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你用的“鈦白粉”為什么不夠白呢?
2019年05月29日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:420
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鈦白粉是顏料用二氧化鈦的俗稱,鈦白粉優良的白色性能使其在油墨、涂料、造紙等行業占據了市場的絕大份額,生活中的許多白色產品或類白色產品,大多有鈦白粉的參與因此,被冠于“白色之王”的美譽忽略鈦白粉作為添加劑的許多優秀品質不說,鈦白粉既為白色之王,那其“白”的特性也當屬于其重要的標志之一,也是本文主要闡述的內容。

鈦白粉用量前三材料:涂料用量最大 塑料用量次之  紙張用量第三

據經驗分析,當鈦白粉的白度升高時,其遮蓋力、消色力指標也會相應升高,因此,要達到同等的效果使用的鈦白粉量就少,成本就會降低鈦白粉在使用過程中,用戶會反映鈦白粉不夠白這點,其實鈦白粉不夠白指的是鈦白粉的遮蓋能力與白度亮度”不夠。若想改變鈦白粉的白度則“深究”影響其白度的因素自是必不可少的。目前,對鈦白粉白度影響的研究工作主要從鈦白粉的雜質種類及含量;二氧化鈦粒子的大小、形狀二氧化鈦含量二氧化鈦粒子晶格的缺陷鈦白粉分散性等這幾方面入手。

一、雜質種類及含量

在鈦白粉工藝中,尤其是硫酸法鈦白粉工藝,大部分的作業是為了除去產品中的雜質硫酸法工藝路線成熟對設備的配置要求很低,對原料的要求不高,鈦礦、鈦渣都可以,而且這種方法即可以生產金紅石型鈦白粉,又能生產銳鈦型鈦白粉,基建要求低,投產時間短。在鈦白粉行業,尤其是我國的鈦白粉行業依然占有相當重要的地位。

硫酸法酸解制得到鈦液屬于極其復雜的懸濁體系,里面既含有未分解的鈦鐵礦,也有未參加反應的一些細小顆粒,也有硅、鋁等元素形成的膠體雜質顆粒,另外就是還有大量的硫酸鹽類等可溶性雜質有些雜質即使含量甚微,也對其白度產生明顯的不良影響這些雜質主要是一些氧化物,氧化物導致白粉的白度降低可以分為兩種情況,一種是雜質氧化物污染的顏色,另一種是晶格摻雜導致著色

顯色金屬氧化物雜質在極低的含量下就能影響白度,這些元素有鐵、錳、鉻、銅等,這些雜質本身就帶有顏色,在白色的鈦白粉中極易顯色,常見的雜質及顯色濃度見下表。

鈦白粉中常見的金屬氧化物雜質及顯色極限值

氧化物

顯現顏色

目測時產生顏色的極限值/(mg/kg)

PbO

100

V2O5

灰帶淺藍

70

MnO

30

Fe2O3

微黃

30

CeO

15

CoO

灰帶微黃

7

Cr2O3

褐帶微黃

1.5

在實際生產中,雜質污染鈦白粉的極限含量要比上面更低雜質在更低的濃度下就能顯色。以鐵元素為例,當紅色的Fe3+進入Ti4+的位置后,因極化而變形,這就比正常的鐵吸收更多的紅色

除了如上工藝帶來的雜質,機械磨損產生的雜質,例如在雷蒙、氣粉等設備中,由于劇烈摩擦致使機器表面的物質脫落,雜質也會帶入到鈦白粉中,從而增加鈦白粉對光的吸收,使其白度降低。

二、粒徑和粒度分布

粒徑和粒度分布也是影響鈦白粉白度的主要因素,它主要是通過鈦白粉顆粒對光的反射、散射等現象影響的在一定粒度范圍內,二氧化鈦粒子粒徑減小,表面積增大,對光的散射能力增大,白度就越高從光學效果來看,當光散射力最大時,顏料直徑與入射光的波長λ、顏料折射率n1、漆料的折射率n2 之間的關系可用公式D=2λ[π(n1-n2)]來表示。

式中,可見光的波長為400-700nm,金紅石型二氧化鈦的折射率為2.71,涂料中大部分漆料(樹脂)的折射率為1.45-1.60,因此金紅石型二氧化鈦的粒徑控制在0.2~0.3μm時最佳,在此粒徑范圍內顏料對可見光具有最大的散射力,可獲得更高的遮蓋力、消色力和純正的白度但粒徑小于0.1μm時,由于發生光的衍射,光線從顏料顆粒的周圍通過,不發生反射,反而使遮蓋力下降,甚至趨于透明,這類超細鈦白粉由于呈透明狀,可用來制造透明的防曬護膚霜,這種護膚霜膏體細膩,具有自然肌膚感覺,目前在日本護膚品產品中非常流行。

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三、鈦白粉的鈦含量

包膜劑的折光率相對二氧化鈦來說差距很大,對遮蓋力的提升有限,影響鈦白粉的白度,一般包膜劑量大的話遮蓋力也會差一點。

顏料級鈦白粉中二氧化鈦的含量一般在90%以上,具體在92~98%之間,其他物質主要為包膜劑與少量雜質。目前根據不同的應用場合可選用不同的包膜劑種類,常用的包膜劑有鋁包膜、硅包膜、鋯包膜等,也有兩種或多種包膜劑共同使用,如鋯鋁包膜、硅鋁包膜等,這些包膜劑的加量各廠家不盡相同。

四、二氧化鈦粒子晶格的缺陷

二氧化鈦的TiO的比值是1:2,但由于制造條件的變化和其他一些因素,最終的二氧化鈦產品可能會出現O不足的現象,即氧缺陷,而且純粹的二氧化鈦也會由于紫外線照射或加熱等外部能量的作用發生氧原子脫離晶體的現象(TiO2→Ti2O3+1/2O2)。

Ti4+O22+晶體中的O原子留下2個電子離開系統,留下的兩個電子把兩個Ti4+還原成Ti3+Ti4+是無色的,而Ti3+呈現青紫色。缺氧造成的晶體中Ti3+有強烈的極化作用,外殼電子非常傾斜,比沒有極化的Ti3+光吸收更大,因此使顏料帶較重的青灰相。

五、分散性

鈦白粉的分散性對遮蓋力會有很大影響,特別是添加量少的情況下,同樣的100g鈦白粉,分散到10um和20um肉眼無法看到明顯的顆粒,但是越細的粒徑則會有更多的顆粒來占據樹脂中的位置,對光線的折射效果會提高很多很多。如果鈦白粉的分散性較差,粉都團聚粘接在一塊了,細粉變粗粉,自然是會降低鈦白粉的白度,遮蓋力了。

參考文獻:

1、鈦白粉白度的分類及其影響因素;郭會良,蔡平雄,徐美景;山東道恩鈦業有限公司。

2、影響鈦白粉白度的因素淺析;孫 莉;攀鋼集團鈦業有限責任公司。

3、氯化法鈦白粉的粒徑與粒徑分布;戚蓉;攀鋼集團錦州鈦業股份有限公司。

粉體圈 編輯:小白

 


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